用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置的制造方法

用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的技术方案设及马达驱动的轮椅，具体地说是用于双电机协调控制的电动 轮椅的控制装置。
【背景技术】
[0002] 双电机协调控制的电动轮椅是现代传动领域的具体应用技术，然而我国在该方面 的研究还很不完善，还有很多问题不能解决。电动轮椅W其性能优越、操作简单、运行安全 等优点正在逐步代替传统的手动轮椅。但目前我国电动轮椅研究技术不够成熟，电动轮椅 主要停留在实验室阶段，普及范围不广，并且目前市场上的电动轮椅体积大，重量大，导致 轮椅携带不方便。随着我国科学技术的不断发展和国民生活水平的提高，人们对于电动轮 椅的需求会越来越大，电动轮椅作为理想代步工具会W其优于传统轮椅的特点逐步占据市 场，推动中国残疾人康复事业的发展。
[0003]目前市面上的轮椅大都选择直流有刷电机，但是有刷电机运行电流大，噪音比较 大，电机磁钢易退磁，降低了轮椅的使用寿命。另外，在《微电机》第47卷第9期《电动轮椅 的双轮穀无刷直流电机协调控制方法》一文中，其操作手柄差速算法是W其中一个电机速 度为基准速度，另一个电机速度通过差速计算获得，通过手操器给控制器一个控制信号，分 别控制轮椅的电机使轮椅前后移动，该样会造成轮椅在运行过程中不稳定和左右轮行驶不 同步等问题。CN201420180820公开了一种电动轮椅控制装置，采用开环控制，在轮椅运行过 程中速度控制精度不高，不能保持同步；另外，该装置的操作部和驱动部通过通讯连接，操 作部和驱动部单独供电，在操作部断电时，驱动部不能及时断电，浪费蓄电池电量。

【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是；提供用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装 置，采用双轮协调差速的控制方法，通过反馈补偿的形式使轮椅在运行时左右轮保持同步， 运动稳定，克服了现有技术中有刷直流电机换向速度慢、噪声较大和电机长期处于磨损状 态会导致容易损坏的缺陷，同时也克服了现有技术的电动轮椅在运行过程中不稳定和左右 轮行驶不同步的缺陷。
[0005] 本发明解决该技术问题所采用的技术方案是；用于双电机协调控制的电动轮椅的 控制装置，包括控制器、手操器、蓄电池和电动机；该些部件的连接方式是；手操器的一端 通过继电器与控制器相连接，手操器的另一端与蓄电池连接，控制器和手操器之间采用CAN 通讯进行通信，控制器的输出端与电动机相连，蓄电池为控制器、手操器和电动机供电；其 中，所述电动机为无刷直流电动机；所述控制器包括控制器电源模块、驱动模块、霍尔位置 检测模块、接收CAN通信模块、声光报警模块和控制器单片机模块；上述控制器的各个模块 之间的连接方式是；控制器电源模块、驱动模块、声光报警模块和接收CAN通信模块均与控 制器单片机模块连接，所述霍尔位置检测模块与控制器单片机模块进行单向通信，所述驱 动模块还与电动机连接；所述手操器包括自锁电源电路模块、摇杆信号输入模块、蓄电池 电量检测模块、发送CAN通信模块、手操器单片机模块、电量显示模块和档位显示模块和外 壳；上述手操器的各个模块及外壳之间的连接方式是；自锁电源电路模块、摇杆信号输入 模块、蓄电池电量检测模块、发送CAN通信模块、手操器单片机模块、电量显示模块和档位 显示模块均固定在外壳内，自锁电源电路模块、摇杆信号输入模块、蓄电池电量检测模块、 发送CAN通信模块、电量显示模块和档位显示模块均与手操器单片机模块相连，自锁电源 电路模块是带有开关作用的供电电路，它为手操器单片机模块提供5V电源，手操器的发送 CAN通信模块与控制器的接收CAN通信模块相连，手操器的外壳上设有摇杆，摇杆通过信号 线与摇杆信号输入模块连接，蓄电池电量检测模块与蓄电池连接；所述控制器单片机模块 中存有控制器的差速控制程序和控制器的驱动程序。
[0006] 上述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所述的自锁电源电路模块的电 路构成是；其中，电压转换巧片U1采用LM2575巧片，手操器的输入电压是B+为24V，手操器 的输出电压是V〇，B+同时接到电阻R1、R2的一端和M0SFET管Q1的S极，电阻R1的另一端 接到电阻R5的一端和M0S阳T管Q3的D极，M0S阳T管Q3的D极接M0S阳T管Q2的G极， 电阻R5的另一端接到电容C1和互锁电路开关按键SO的一端，电容C1的另一端接到地庙 锁电路开关按键SO的另一端接M0SFET管Q3的G极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接 到电阻R3的一端和M0S阳T管Q2的D极，电阻R3的另一端接到电阻R2 -端和M0S阳T管 Q1的G极；M0SFET管Q2的S极和M0SFET管Q3的S极接地，M0SFET管Q2的G极接到电阻 R6的一端，电阻R6的另一端接地;M0SFET管Q1的D极接到二极管D1的输入端，二极管D1 的输出端接到U1的a端和电解电容C2的正极，U1的b端接到电感L1的一端和二极管D2 输出端，U1的d端接到电感L1的另一端、电解电容C3的正极和电容C4的一端；电解电容 C2的负极、U1的C端和e端、二极管D2的输入端、电解电容C3的负极和电容C4的另一端 均接地。
[0007] 上述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所述驱动模块的电路构成是： 其中，驱动模块的功率驱动巧片U2为一个IR2136巧片，控制器的输入电压B+为24V，电容 巧一端接地，另一端接+15V和电阻R9、R7、R8的一端及U2的F1引脚，电阻R7的另一端接 U2的H1引脚，电阻R8的另一端接U2的G5引脚，电阻R9的另一端同时接二极管D3、D4和 D5的输入端，二极管D3的输出端接U2的K3引脚和电容C6的正极，电容C6的负极接U2的 K1引脚，U2的K1引脚接M0SFET管Q4的S极，最终将信号IRA+引出，二极管D4的输出端 接电容口的正极，电容口的负极接U2的J2引脚，U2的J2引脚又接M0SFET管Q5的S极 和M0SFET管Q8的D极；二极管D5的输出端接电容C8的正极，电容C8的负极接U2的13 引脚；B+接电容C9的正极及M0SFET管Q4、Q5和Q6的D极，电容C9的负极接电容CIO的 正极，电容CIO的负极接地；U2的K2引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接电阻R11 的一端和M0S阳T管Q4的G极，电阻R11的另一端接M0S阳T管Q4的S极和M0S阳T管Q9的 D极；U2的J3引脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R13的一端和M0S阳T管Q5 的G极，电阻R13的另一端接M0S阳T管Q5的S极和M0S阳T管Q8的D极，M0S阳T管Q5的S 极将信号IRB+引出，U2的14引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电阻R15的一端 和M0S阳T管Q6的G极，电阻R15的另一端接M0S阳T管Q6的S极和M0S阳T管Q7的D极， M0S阳T管Q6的S极接端子CON上，U2的I1引脚接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接 电阻R20的一端和M0S阳T管Q9的G极，U2的册引脚接电阻R19的一端，电阻R19的另一 端接电阻R18的一端和MOS阳T管Q8的G极，U2的H4引脚接电阻R17的一端，电阻R17的 另一端接电阻R16的一端和M0S阳T管Q7的G极，电阻R16、R18、R20的另一端、M0S阳T管 Q7、Q8、Q9的S极均接地，U2的肥、U2的册和U2的G4引脚均接地，U2的巧、U2的F3、U2 的F4、U2的F5、U2的G1和U2的G2引脚分别输出相应的PWM信号。
[000引上述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所述接收CAN通信模块电路的 构成是；U3和U4为高速光禪隔离巧片，型号均为6N137,呪为CAN通信驱动巧片，型号为 82C250, +5V接电容C11的一端、电容C12的一端、电阻R22的一端、电阻R23的一端、电阻 R24的一端、电阻R25的一端、U3的S8引脚、U4的S8引脚和呪的W6引脚，电容C11的另 一端、U3的S5引脚、U4的S5引脚、电容C12的另一端、电阻R26的一端和呪的W7引脚都 接地，R22的另一端接U3的S6引脚、U3的S3引脚和呪的W5引脚，电阻R23的另一端接 U3的S2引脚；电阻R24的另一端接U4的S2引脚，电阻R25的另一端接U4的S6引脚、U4 的S3引脚和呪的W8引脚，电阻R26的另一端接呪的化引脚，电阻R27和电阻R28的一 端分别接到呪的W2引脚和呪的W3引脚，电阻R27的另一端和电阻R28的另一端分别接 CANH和CANL，呪的W4引脚空置。
[0009] 上述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所述控制器单片机模块中存有 的控制器的差速控制程序的流程是：开始一初始化一状态检测一是否有故障报警一结 束；^^中断标志位是否为1^^返回状态监测；^^4/0转换^数据计算一数据传 送一是否传送结束结束；返回数据传送。
[0010] 上述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所设及的元器件均由公知的商 购途径获得。
[0011] 本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点是： [0012] (1)本发明装置采用无刷直流电机代替现有技术中的有刷直流电机，并且在换向 过程中采用了无刷直流电机控制器。
[0013] (2)本发明装置的控制器的接收CAN通信模块与手操器的发送CAN通信模块相连， 使本发明具有CAN通信功能。
[0014] (3)本发明装置采用双轮协调差速的控制方法，在电动轮椅直行过程中，两个车 轮速度不一致时，选用一个中间速度做为参考速度，两个车轮的速度都通过差速计算获 得，使轮椅两轮速度始终保持同步。
[0015] 与现有技术相比，本发明的显著的进步是：
[0016] (1)本发明通过控制无刷直流电机来代替现有技术的有刷直流电机，具有换向速 度快、损耗低、无噪声和振动危害、启动性能好、节能和经济的优点，并且结构相对简单，功 能强大，尤其能降低成本，克服了现有技术的有刷电机控制器在电机相换向过程中会产生 电火花，增加损耗，减小使用寿命的缺陷。
[0017] (2)本发明通过继电器将控制器和手操器连接起来，可W通过继电器来决定控制 器工作状态。
[0018] (3)本发明按照霍尔位置检测模块检测到电动机的转子位置，控制器单片机模块 利用霍尔位置锁位的方法，不需要电磁抱闽即可控制电动轮椅坡上停车。
[001引（4)采用本发明装置后，当电动轮椅的电动机的转速提高时，换向速度可W很快， 并且没有噪声和振动；当电动轮椅需要刹车时，电动机内部的励磁和电枢线圈都可W通过 MOSFET管续流，从而有效减少了电动机的能耗。
[0020] 妨本发明简单实用，易于普及和推广。
【附图说明】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0022] 图1是本发明装置的构成示意框图。
[0023] 图2是本发明装置的控制器的构成示意框图。
[0024] 图3是本发明装置的手操器的构成示意框图。
[00巧]图4是本发明装置的手操器的外壳构成示意图。
[0026] 图5是本发明装置的手操器中的自锁电源电路模块的电路构成示意图。
[0027] 图6是本发明装置的控制器中的驱动模块的电路构成示意图。
[002引图7是本发明装置的控制器中的接收CAN通信模块的电路构成示意图。
[0029] 图8是本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有控制器的驱动程序的 流程示意图。
[0030] 图9是本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有控制器的差速控制程 序的流程示意图。
[0031] 图中，1.控制器，2.手操器，3.蓄电池，4.电动机，5.继电器，101.控制器电源模 块，102.驱动模块，103.霍尔位置检测模块，104.接收CAN通信模块，105.声光报警模块， 106.控制器单片机模块，201.自锁电源电路模块，202.摇杆信号输入模块，203.蓄电池电 量检测模块，204.发送CAN通信模块，205.手操器单片机模块，206.电量显示模块，207.档 位显示模块，208.外壳，209.摇杆，208-1.速度增加按键，208-2.速度降低按键，208-3.蜂 鸣器按键，208-4.互锁电路开关按键，208-5.电位器RPx，208-6.电位器RPy。
【具体实施方式】
[0032] 图1所示实施例表明，本发明用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置的构 成，主要包括控制器1、手操器2、蓄电池3和电动机4;该些部件的连接方式是库操器2的 一端通过继电器5与控制器1相连接，手操器2的另一端与蓄电池3连接，控制器1和手操 器2之间采用CAN通讯进行通信，控制器1的输出端与电动机4相连，蓄电池3为控制器1、 手操器2和电动机4供电，所述电动机4为无刷直流电动机。
[0033] 更加具体地说，蓄电池3引出电源线和地线，通过航空插头与手操器2连接，手操 器2引出两根CAN通信线、一根电源线、一根地线和一根继电器驱动线，通过航空插头与控 制器1连接，控制器1通过=相电流插头与电动机4相连接，电动机通过控制器1、手操器2 间接地由蓄电池3供电。
[0034] 图2所示实施例表明，本发明装置的控制器1的构成；包括控制器电源模块101、 驱动模块102、霍尔位置检测模块103、接收CAN通信模块104、声光报警模块105和控制器 单片机模块106 ;上述各个模块之间的连接方式是；控制器电源模块101、驱动模块102、声 光报警模块105和接收CAN通信模块104均与控制器单片机模块106连接，霍尔位置检测 模块103与控制器单片机模块106进行单向通信；所述驱动模块102与电动机4连接，图2 中没有显示电动机4。
[00巧]该控制器1的工作过程是：控制器电源模块101为控制器单片机模块106提供 3. 3V电源，保证控制器单片机模块106正常工作，来自手操器2的输入信号通过接收CAN通 信模块104输入到控制器单片机模块106,输入信号在控制器单片机模块106经过处理，控 制器单片机模块106再根据霍尔位置检测模块103检测到的转子的相对位置，给出控制信 号，驱动模块102接收该控制信号进而控制电动机4转动，在系统遭遇故障时，控制器单片 机模块106给出相应的控制信号使声光报警模块105进行报警。
[003引图3所示实施例表明，本发明装置的手操器2的构成；主要包括自锁电源电路模块 201、摇杆信号输入模块202、蓄电池电量检测模块203、发送CAN通信模块204、手操器单片 机模块205、电量显示模块206和档位显示模块207和外壳208 ;上述各个模块之间的连接 方式是：自锁电源电路模块201、摇杆信号输入模块202、蓄电池电量检测模块203、发送CAN 通信模块204、手操器单片机模块205、电量显示模块206和档位显示模块207均固定在外 壳208内，自锁电源电路模块201、摇杆信号输入模块202、蓄电池电量检测模块203、发送 CAN通信模块204、电量显示模块206和档位显示模块207均与手操器单片机模块205相 连，自锁电源电路模块201是带有开关作用的供电电路，它为手操器单片机模块205提供5V 电源，发送CAN通信模块204与控制器的接收CAN通信模块104相连，手操器2的外壳208 上设有摇杆209,摇杆209通过信号线与摇杆信号输入模块202连接，蓄电池电量检测模块 203与蓄电池3连接，图3中没有显示蓄电池3。
[0037] 蓄电池电量检测模块203可W进行剩余电量的指示，当蓄电池电压低于某一数值 时继电器5得不到启动电源，故控制器1没通电，电动轮椅不会工作，进而可W保护蓄电池3 的使用寿命。电量显示模块206受手操器单片机模块205控制，用于指示电池的剩余电量， 档位显示模块207用于指示电动轮椅的档位。
[0038] 图4所示实施例表明，本发明装置的手操器2的外壳208构成是：在外壳的X方向 和Y方向各有一个电位器RPx208-5和电位器电位器RPy208-6,电位器两端电压均是5V，夕h 壳208上还带有四个按键；速度增加按键208-1、速度降低按键208-2、蜂鸣器按键208-3和 互锁电路开关按键208-4。手操器2的外壳208的形状类似楠圆形，上述四个按键设在外壳 的正面上，在四个按键的上方安装摇杆209。
[0039] 摇杆209摆动时会产生与摇杆209位置对应的0~5V的模拟电压信号，摇杆209 通过信号线与摇杆信号输入模块202连接，摇杆209输出的模拟电压信号最终由手操器2 的单片机模块205进行处理，转换成数字信号，并将该数字信号通过发送CAN通信模块204 输入到接收CAN通信模块104,最终输入到控制器单片机模块106进行处理判断，控制电动 轮椅的行驶方向和速度，摇杆209既能控制电动轮椅的行驶方向也能控制电动轮椅的行驶 速度，且摇杆209的摆动幅度和电动轮椅的行驶速度成正比例关系，摇杆209摆动方向和电 动轮椅的速度方向一致。
[0040] 每按动外壳208上的速度增加按键208-1和速度降低按键208-2 -次，其信号被 手操器2的单片机模块205接收和处理，控制电动轮椅的电动机4转速增加或降低；按下蜂 鸣器按键208-3的瞬间，蜂鸣器会发出声音，报警提醒使用者注意遇到了障碍；互锁电路开 关按键208-4采用互锁电路软开关来实现手操器2的通断电，每按动一次互锁电路开关按 键208-4,整个手操器2会断电，此时，继电器5的驱动线没有电压输出，继电器5也就不会 被驱动，不能经过继电器5使蓄电池3为控制器1供电，因此，控制器1会断电。即通过继 电器5可使控制器1断电，进而使整个电动轮椅断电。
[0041] 图5所示实施例表明，本发明装置中手操器2的自锁电源电路模块201的电路构 成是；其中，电压转换巧片U1采用LM2575巧片，手操器2的输入电压B+为24V，手操器2的 输出电压是V0,B+同时接到电阻R1、R2的一端和M0SFET管（金氧半场效晶体管）Q1的S 极（源极），电阻R1的另一端接到电阻R5的一端和M 0SFET管Q3的D极（漏极），M0SFET 管Q3的D极（漏极）接M0SFET管Q2的G极（栅极），电阻R5的另一端接到电容C1和 互锁电路开关按键SO的一端，电容C1的另一端接到地；互锁电路开关按键so的另一端接 M0SFET管Q3的G极（栅极）和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接到电阻R3的一端和 M0S阳T管Q2的D极（漏极），电阻R3的另一端接到电阻R2 -端和M0S阳T管Q1的G极 (栅极）；M0SFET管Q2的S极（源极）和M0SFET管Q3的S极（源极）接地，M0SFET管Q2 的G极（栅极）接到电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地;M0SFET管Q1的D极（漏极） 接到二极管D1的输入端，二极管D1的输出端接到U1的a端和电解电容C2的正极，U1的 b端接到电感L1的一端和二极管D2输出端，U1的d端接到电感L1的另一端、电解电容C3 的正极和电容C4的一端；电解电容C2的负极、U1的C端和e端、二极管D2的输入端、电解 电容C3的负极和电容C4的另一端均接地。
[0042]在图5中，电阻R1和R2的值分别为5MQ和100KQ，电阻R5的值为500KQ，电阻 R3的值为100KQ，电阻R4的值为1MQ，电阻R6的阻值为1MQ，电容C1的值为0. 1证，电解 电容C2为耐压值为75V的lOOuF的电容，电解电容C3为耐压值为25V的lOOOuF的电容， 电容C4的值为0.luF，电感L1的参数为lOOuH。
[0043] 该自锁电源电路模块201的电路的工作原理是：如果电源处于接通状态，按下手 操器的外壳208上的互锁电路开关按键208-4即SO后，M0S阳T管Q2被导通，M0S阳T管Q3 则关断，进而M0S阳T管Q1导通，电路接通，D1的二极管输出端V0输出24V，经过U1，输出 5V直流电，再经过电容C3、C4整流输出稳定的5V直流电；再次按下手操器外壳208上互锁 电路开关按键208-4即SO后，M0S阳T管Q2被关断，M0S阳T管Q3则导通，电路关断，从而实 现电路的开通和关断。
[0044] 图6所示实施例表明，本发明装置中控制器1的驱动模块102的电路构成是：驱动 模块102的功率驱动巧片U2为一个IR2136巧片，其中控制器1的输入电压B+为24V，电容 巧一端接地，另一端接+15V和电阻R9、R7、R8的一端及U2的F1引脚，电阻R7的另一端接 U2的H1引脚，电阻R8的另一端接U2的G5引脚；电阻R9的另一端接二极管D3、D4、D5的 输入端，二极管D3的输出端接U2的K3引脚和电容C6的正极，电容C6的负极接U2的K1 引脚，U2的K1引脚接M0S阳T管Q4的S极（源极），最终将信号IRA+引出；二极管D4的输 出端接电容口的正极，电容口的负极接U2的J2引脚，U2的J2引脚接M0SFET管Q5的S 极（源极）和M0SFET管Q8的D极（漏极）；二极管D5的输出端接电容C8的正极，电容C8 的负极接U2的13引脚；B+接电容C9的正极和M0SFET管Q4、Q5、Q6的D极（漏极），电容 C9的负极接电容CIO的正极，电容CIO的负极接地佑ND) ;U2的K2引脚接电阻R10的一端， 电阻R10的另一端接电阻R11的一端和M0S阳T管Q4的G极（栅极），电阻R11的另一端 接M0S阳T管Q4的S极（源极）和M0S阳T管Q9的D极（漏极）；U2的J3引脚接电阻R12 的一端，电阻R12的另一端接电阻R13的一端和M0SFET管Q5的G极（栅极），电阻R13的 另一端接M0S阳T管Q5的S极（源极）和M0S阳T管Q8的D极（漏极），M0S阳T管Q5的S 极（源极）将信号IRB+引出；U2的14引脚接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电阻R15的一端和MOS阳T管Q6的G极（栅极），电阻R15的另一端接MOS阳T管Q6的S极（源 极）和MOS阳T管Q7的D极（漏极），MOS阳T管Q6的S极（源极）接端子CON上；U2的！ 1引脚接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接电阻R20的一端和M0S阳T管Q9的G极（栅 极）；U2的册引脚接电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电阻R18的一端和M0S阳T管 Q8的G极（栅极）；U2的H4引脚接电阻R17的一端，电阻R17的另一端接电阻R16的一端 和M0S阳T管Q7的G极（栅极），电阻R16、R18、R20的另一端、M0S阳T管Q7、Q8、Q9的S极 (栅极）均接地佑ND) ;U2的肥、册、G4引脚均接地，U2的巧、F3、F4、F5、G1、G2引脚分别 输出相应的PWM信号。
[004引 在图6中，电阻R7、R8和R9的值分别为10KQ、10KQ、5. 10,电容C5的值为 0.luF，电容C6、C7和C8的值都为luF，电容C9和CIO的值均为lOOuF，电阻R10、R12和R14的值均为200Q，电阻R11、R13和R15的值均为20KQ，电阻R17、R19和R21的值均为 200Q，电阻R16、R18和R20的值均为20KQ。
[004引 图6所示驱动模块102的电路的工作原理如下姻果电动机4正转，则M0S阳T管 Q9为ON状态，M0S阳T管Q4加PWM波形驱动，其余M0S阳T管关闭。电流较大时M0S阳T管Q5、Q8加与M0SFET管Q4互补带死区的PWM信号，用于低损续流。如果要求电动机4反转， 则M0S阳T管Q5为ON状态，M0S阳T管Q6输出PWM波形，其余M0S阳T关闭。电流较大时 M0SFET管Q8与Q9加与M0SFET管Q4互补带死区的PWM信号，用于低损续流。
[0047] 图7所示实施例表明，本发明装置中控制器1的接收CAN通信模块104电路的 构成是；U3和U4为高速光禪隔离巧片，型号均为6N137 ;呪为CAN通信驱动巧片，型号为 82C250 ;+5V接电容C11的一端、电容C12的一端、电阻R22的一端、电阻R23的一端、电阻 R24的一端、电阻R25的一端、U3的S8引脚、U4的S8引脚和呪的W6引脚，电容C11的另 一端、U3的S5引脚、U4的S5引脚、电容C12的另一端、电阻R26的一端和呪的W7引脚都 接地佑ND)，R22的另一端接U3的S6引脚、U3的S3引脚和呪的W5引脚，电阻R23的另一 端接U3的S2引脚；电阻R24的另一端接U4的S2引脚，电阻R25的另一端接U4的S6引 脚、U4的S3引脚和呪的W8引脚，电阻R26的另一端接呪的化引脚，电阻R27和电阻R28 的一端分别接到呪的W2引脚和呪的W3引脚，电阻R27的另一端和电阻R28的另一端分 别接CANH和CANL，呪的W4引脚空置。由于画面设置的关系，该图中从上到下排列的R26、 R27和R28分布对应下方从上到下排列的电阻符号。
[004引 在图7中，电阻R22和R25的值均为化Q，电阻R23和R24的值均为510Q，电阻 R26的值为10KQ，电阻R27和R28的值均为100Q，电容C11和C12电容的值均为0.luF。
[0049] 图8所示实施例表明，本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有控制器 的驱动程序的流程是：开始一设置看口狗，锁相环，频率与预频器，模块时钟使能一关中断， 初始化程序变量一初始化PIE控制器和PIE矢量表一初始化GPI0模块一初始化AD模块一 初始化EV模块一设置中断逻辑一电机预定位启动一开中断一循环等待。
[0050] 图9所示实施例表明，本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有控制器 的差速控制程序的流程是：开始一初始化一状态检测一是否有故障报警一结束； 中断标志位是否为返回状态监测；A/D转换一数据计算一数据传送一是否 传送结束结束；返回数据传送。
[00川 实施例
[0052] 按照上述图1~图7所示实施例装配成本实施例的用于双电机协调控制的电动轮 椅的控制装置，本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有的控制器的驱动程序的 流程如上述图8所示实施例，本发明装置的控制器中的控制器单片机模块中存有的控制器 的差速控制程序如上述图9所示实施例。
[0053] 本实施例中手操器单片机模块205采用PIC18F45K80单片机，手操器外壳208上 带有四个按键都是触摸型开关（即按下瞬间接通之后又断开的开关），控制器单片机模块 106采用TMS320LF2808单片机，驱动模块102采用IR2136巧片，霍尔位置检测模块103采 用霍尔效应电流传感器ACS712做为电流传感器来检测电动机转子的位置；接收CAN通信模 块104和发送CAN通信模块204均采用高速光禪隔离巧片和CAN通信驱动巧片组成，高速 光禪隔离巧片的型号为6N137,CAN通信驱动巧片的型号为82C250,两个模块相互配合实现 CAN通信；控制器电源模块101采用LM2576-15和LM2576-5巧片。
[0054] 本实施例的用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置的控制方法是：手操器外 壳208上互锁电路开关按键在按下的瞬间继电器5被驱动，控制器1通电，手操器外壳208 上摇杆209给出相应信号，进入摇杆信号输入模块202,通过手操器单片机模块205对 摇杆 信号进行处理，然后将处理后的信号通过发送CAN通信模块204输入到接收CAN通信模块 104,最终输入到控制器1，进而控制轮椅按照人们意愿行驶，控制器的差速控制程序存储在 控制器单片机模块106中，即在轮椅的行驶过程中直接控制两个电动机4的转速，通过反馈 补偿的形式使轮椅在运行时左右轮保持同步，达到差速控制的目的。其主要控制方法为：通 过分析两个电动机4的转速，结合两侧电动机反馈速度信号，通过分析运算，把最终的速度 控制信号通过控制器1传递给相应的驱动电动机4,实现两侧电动机差速的控制。控制器单 片机模块106对输入信号进行处理进而产生PWM，控制器单片机模块106再根据霍尔位置检 测模块103检测到的电动机转子的相对位置的信息，给出相应的控制信号，通过驱动模块 102,最终驱动电动机4转动，使轮椅行驶。此外，控制器单片机模块106利用霍尔位置锁位 的方法，不需要电磁抱闽，即可实现电动轮椅的坡上停车。
[0055] 本实施例用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，所设及的元器件均由公知 的商购途径获得。
【主权项】
1. 用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，其特征在于：包括控制器、手操器、蓄 电池和电动机；这些部件的连接方式是：手操器的一端通过继电器与控制器相连接，手操 器的另一端与蓄电池连接，控制器和手操器之间采用CAN通讯进行通信，控制器的输出端 与电动机相连，蓄电池为控制器、手操器和电动机供电；其中，所述电动机为无刷直流电动 机；所述控制器包括控制器电源模块、驱动模块、霍尔位置检测模块、接收CAN通信模块、 声光报警模块和控制器单片机模块；上述控制器的各个模块之间的连接方式是：控制器电 源模块、驱动模块、声光报警模块和接收CAN通信模块均与控制器单片机模块连接，所述霍 尔位置检测模块与控制器单片机模块进行单向通信，所述驱动模块还与电动机连接；所述 手操器包括自锁电源电路模块、摇杆信号输入模块、蓄电池电量检测模块、发送CAN通信模 块、手操器单片机模块、电量显示模块和档位显示模块和外壳；上述手操器的各个模块及外 壳之间的连接方式是：自锁电源电路模块、摇杆信号输入模块、蓄电池电量检测模块、发送 CAN通信模块、手操器单片机模块、电量显示模块和档位显示模块均固定在外壳内，自锁电 源电路模块、摇杆信号输入模块、蓄电池电量检测模块、发送CAN通信模块、电量显示模块 和档位显示模块均与手操器单片机模块相连，自锁电源电路模块是带有开关作用的供电电 路，它为手操器单片机模块提供5V电源，手操器的发送CAN通信模块与控制器的接收CAN 通信模块相连，手操器的外壳上设有摇杆，摇杆通过信号线与摇杆信号输入模块连接，蓄电 池电量检测模块与蓄电池连接；所述控制器单片机模块中存有控制器的差速控制程序和控 制器的驱动程序。2. 根据权利要求1所述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，其特征在于：所 述的自锁电源电路模块的电路构成是：其中，电压转换芯片Ul采用LM2575芯片，手操器的 输入电压是B+为24V，手操器的输出电压是VO, B+同时接到电阻R1、R2的一端和MOSFET管 Ql的S极，电阻Rl的另一端接到电阻R5的一端和MOSFET管Q3的D极，MOSFET管Q3的D 极接MOSFET管Q2的G极，电阻R5的另一端接到电容Cl和互锁电路开关按键SO的一端， 电容Cl的另一端接到地；互锁电路开关按键SO的另一端接MOSFET管Q3的G极和电阻R4 的一端，电阻R4的另一端接到电阻R3的一端和MOSFET管Q2的D极，电阻R3的另一端接 到电阻R2 -端和MOSFET管Ql的G极；MOSFET管Q2的S极和MOSFET管Q3的S极接地， MOSFET管Q2的G极接到电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地；MOSFET管Ql的D极接到 二极管Dl的输入端，二极管Dl的输出端接到Ul的a端和电解电容C2的正极，Ul的b端 接到电感Ll的一端和二极管D2输出端，Ul的d端接到电感Ll的另一端、电解电容C3的 正极和电容C4的一端；电解电容C2的负极、Ul的c端和e端、二极管D2的输入端、电解电 容C3的负极和电容C4的另一端均接地。3. 根据权利要求1所述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，其特征在于：所 述驱动模块的电路构成是：其中，驱动模块的功率驱动芯片U2为一个IR2136芯片，控制器 的输入电压B+为24V，电容C5 -端接地，另一端接+15V和电阻R9、R7、R8的一端及U2的 Fl引脚，电阻R7的另一端接U2的Hl引脚，电阻R8的另一端接U2的G5引脚，电阻R9的 另一端同时接二极管D3、D4和D5的输入端，二极管D3的输出端接U2的K3引脚和电容C6 的正极，电容C6的负极接U2的Kl引脚，U2的Kl引脚接MOSFET管Q4的S极，最终将信号 IRA+引出，二极管D4的输出端接电容C7的正极，电容C7的负极接U2的J2引脚，U2的J2 引脚又接MOSFET管Q5的S极和MOSFET管Q8的D极；二极管D5的输出端接电容C8的正 极，电容C8的负极接U2的13引脚；B+接电容C9的正极及MOSFET管Q4、Q5和Q6的D极， 电容C9的负极接电容ClO的正极，电容ClO的负极接地；U2的K2引脚接电阻RlO的一端， 电阻RlO的另一端接电阻Rll的一端和MOSFET管Q4的G极，电阻Rll的另一端接MOSFET 管Q4的S极和MOSFET管Q9的D极；U2的J3引脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接 电阻R13的一端和MOSFET管Q5的G极，电阻R13的另一端接MOSFET管Q5的S极和MOSFET 管Q8的D极，MOSFET管Q5的S极将信号IRB+引出，U2的14引脚接电阻R14的一端，电 阻R14的另一端接电阻R15的一端和MOSFET管Q6的G极，电阻R15的另一端接MOSFET管 Q6的S极和MOSFET管Q7的D极，MOSFET管Q6的S极接端子CON上，U2的Il引脚接电阻 R21的一端，电阻R21的另一端接电阻R20的一端和MOSFET管Q9的G极，U2的H5引脚接 电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电阻R18的一端和MOSFET管Q8的G极，U2的H4引 脚接电阻R17的一端，电阻R17的另一端接电阻R16的一端和MOSFET管Q7的G极，电阻 R16、R18、R20 的另一端、MOSFET 管 Q7、Q8、Q9 的 S 极均接地，U2 的 H2、U2 的 H3 和 U2 的 G4 引脚均接地，U2的F2、U2的F3、U2的F4、U2的F5、U2的Gl和U2的G2引脚分别输出相应 的PWM信号。4. 根据权利要求1所述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，其特征在于：所 述接收CAN通信模块电路的构成是：U3和U4为高速光耦隔离芯片，型号均为6N137, U5为 CAN通信驱动芯片，型号为82C250，+5V接电容Cll的一端、电容C12的一端、电阻R22的一 端、电阻R23的一端、电阻R24的一端、电阻R25的一端、U3的S8引脚、U4的S8引脚和U5 的W6引脚，电容Cll的另一端、U3的S5引脚、U4的S5引脚、电容C12的另一端、电阻R26 的一端和U5的W7引脚都接地，R22的另一端接U3的S6引脚、U3的S3引脚和U5的W5引 脚，电阻R23的另一端接U3的S2引脚；电阻R24的另一端接U4的S2引脚，电阻R25的另 一端接U4的S6引脚、U4的S3引脚和U5的W8引脚，电阻R26的另一端接U5的Wl引脚， 电阻R27和电阻R28的一端分别接到U5的W2引脚和U5的W3引脚，电阻R27的另一端和 电阻R28的另一端分别接CANH和CANL，U5的W4引脚空置。5. 根据权利要求1所述用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，其 特征在于：所述控制器单片机模块中存有的控制器的差速控制程序的流程是： 开始一初始化一状态检测 一是否有故障报警一结束；中断标志位是否为返回状态监测； A/D转换一数据计算一数据传送一是否传送结束结束；返回数据传送。
【专利摘要】本发明用于双电机协调控制的电动轮椅的控制装置，涉及马达驱动的轮椅，包括控制器、手操器、蓄电池和电动机；这些部件的连接方式是：手操器的一端通过继电器与控制器相连接，手操器的另一端与蓄电池连接，控制器和手操器之间采用CAN通讯进行通信，控制器的输出端与电动机相连，蓄电池为控制器、手操器和电动机供电；本发明装置采用无刷直流电机，用双轮协调差速的控制方法，通过反馈补偿的形式使轮椅在运行时左右轮保持同步，运动稳定，克服了现有技术中有刷直流电机换向速度慢、噪声较大和电机长期处于磨损状态会导致容易损坏的缺陷，同时也克服了现有技术的电动轮椅在运行过程中不稳定和左右轮行驶不同步的缺陷。
【IPC分类】H02P7/28, G05D13/62
【公开号】CN104881055
【申请号】CN201510280223
【发明人】杨鹏, 王泽伟, 李练兵, 韩雪晶, 姚春明, 张佳, 马欲晓
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月28日